2021-2022学年高二物理竞赛课件：电磁场与电磁波.pptx

第十六章第十六章 电磁场与电磁波电磁场与电磁波 麦克斯韦麦克斯韦（1831-1879）英国物理学家英国物理学家.经典电磁理经典电磁理论的奠基人论的奠基人,气体动理论创气体动理论创始人之一始人之一.他提出了有旋场他提出了有旋场和位移电流的概念和位移电流的概念,建立了建立了经典电磁理论经典电磁理论,并预言了以并预言了以光速传播的电磁波的存在光速传播的电磁波的存在 .在气体动理论方面在气体动理论方面,他还提他还提出了气体分子按速率分布的出了气体分子按速率分布的统计规律统计规律.1865 年麦克斯韦在总结前人工作的基础年麦克斯韦在总结前人工作的基础 上，提出上，提出完整的电磁场理论。完整的电磁场理论。1888 年赫兹的实验证实了他的预年赫兹的实验证实了他的预言言,麦克斯韦理论奠定了经典电动力学的基础，为无麦克斯韦理论奠定了经典电动力学的基础，为无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景.在法拉第发现电磁感应定律那一年，即在法拉第发现电磁感应定律那一年，即1831年，麦年，麦克斯韦在英国的爱丁堡出生了。他从小聪明好问。父亲克斯韦在英国的爱丁堡出生了。他从小聪明好问。父亲是个机械设计师，很赏识自己儿子的才华，常带他去听是个机械设计师，很赏识自己儿子的才华，常带他去听爱丁堡皇家学会的科学讲座。十岁时送他到爱丁堡中学。爱丁堡皇家学会的科学讲座。十岁时送他到爱丁堡中学。在中学阶段，他就显示出了在数学和物理方面的才能，在中学阶段，他就显示出了在数学和物理方面的才能，十五岁那年就写了一篇关于卵形线作图法的论文，被刊十五岁那年就写了一篇关于卵形线作图法的论文，被刊登在登在爱丁堡皇家学会学报爱丁堡皇家学会学报上。上。1847年，十六岁的麦年，十六岁的麦克斯韦考入爱丁堡大学。克斯韦考入爱丁堡大学。1850年又转入剑桥大学。他学年又转入剑桥大学。他学习勤奋，成绩优异，经著名数学家霍普金斯和斯托克斯习勤奋，成绩优异，经著名数学家霍普金斯和斯托克斯的指点，很快就掌握了当时先进的数学理论。这为他以的指点，很快就掌握了当时先进的数学理论。这为他以后的发展打下了良好的基础。后的发展打下了良好的基础。1854年在剑桥大学毕业后，年在剑桥大学毕业后，曾先后任亚伯丁马里夏尔学院、伦敦皇家学院和剑桥大曾先后任亚伯丁马里夏尔学院、伦敦皇家学院和剑桥大学物理学教授。他的口才不行，讲课效果较差。学物理学教授。他的口才不行，讲课效果较差。1874-1879年担任剑桥大学卡文迪什实验室主任。年担任剑桥大学卡文迪什实验室主任。麦克斯韦生平麦克斯韦生平(a)充电时(b)放电时位移电流定义：定义：电场中某点的位移电流密度等于该点的电位移矢电场中某点的位移电流密度等于该点的电位移矢量对时间的变化率；通过电场中的某截面的位移电流量对时间的变化率；通过电场中的某截面的位移电流强度等于通过该截面的电位移通量对时间的变化率。强度等于通过该截面的电位移通量对时间的变化率。位移电流与传导电流的异同位移电流与传导电流的异同则则 ，在整个回路中总是连续的。在整个回路中总是连续的。位移电流把中断的传导电流接通了。位移电流把中断的传导电流接通了。位移电流激发磁场的规律与传导电流相同位移电流激发磁场的规律与传导电流相同全电流定律：全电流定律：磁场高斯定理磁场高斯定理解解：(1)电容器两极板间的位移电流电容器两极板间的位移电流例例.有一平板电容器，两极板是半径有一平板电容器，两极板是半径R=0.1m的导的导体圆板，匀速充电使电容器两极板间电场的变化率为体圆板，匀速充电使电容器两极板间电场的变化率为 。求：。求：(1)位移电流；位移电流；(2)两极板间两极板间离两板中心连线为离两板中心连线为r处的磁感强度处的磁感强度 和和r=R处的处的 。（2）以两板中心连线为轴，取半径为）以两板中心连线为轴，取半径为r的圆形回路的圆形回路 应用全电流定律应用全电流定律BrR例：若平板电容器的电容为例：若平板电容器的电容为 ，电容器两极板间电势，电容器两极板间电势差为差为 ，试证明其中位移电流，试证明其中位移电流 。证明：证明：二、麦克斯韦方程组的微分形式二、麦克斯韦方程组的微分形式矢量微分算符：矢量微分算符：高斯定理高斯定理:斯托克斯定理斯托克斯定理:写成分量形式如下：写成分量形式如下：